鎢礦山薄礦體采空區(qū)治理技術(shù)研究

瞿秀文，許 霖

（廣西桂華成有限責(zé)任公司，廣西 賀州 542800）

珊瑚鎢礦于1979 年設(shè)計(jì)施工，1981 年正式投產(chǎn)，1993 年停產(chǎn)，2007 年恢復(fù)，2009 年投產(chǎn)，珊瑚礦面積2.9128/km 平方，生產(chǎn)能力33 萬(wàn)t/a 采礦方法；淺孔留礦法；開(kāi)拓方式：主、副豎井+盲斜井。礦脈屬于極薄急傾斜礦體，礦脈平均厚度0.42m，礦脈平均傾角70°。

1 采空區(qū)的現(xiàn)狀及其產(chǎn)生原因

珊瑚鎢礦已有幾十年的開(kāi)采歷史，一直采用淺孔留礦法進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)。經(jīng)多年的空?qǐng)龇ㄩ_(kāi)采，井下形成一定數(shù)量的采空區(qū)，需要對(duì)空區(qū)進(jìn)行治理。采空區(qū)主要分布在175 中段、125 中段、75中段、35 中段、-5 中段，除35 中段和-5 中段段高40m，其他中段段高均為50m，采場(chǎng)：長(zhǎng)度50m，高度50m，采幅1.1m～1.2 m 底部采用漏斗方式放礦，有3m 底部結(jié)構(gòu)，頂柱留2m～3m。

2 采空區(qū)的危害程度和治理難易程度分析

2.1 采空區(qū)的危害程度

（1）應(yīng)力破壞。前期礦山采用了鋼筋混凝土進(jìn)行支護(hù)，到后期現(xiàn)場(chǎng)觀察到這些支護(hù)結(jié)構(gòu)大部分有變形，最大的裂縫寬度已超過(guò)四十公分并有錯(cuò)位情況。

（2）沖擊氣浪破壞。采空區(qū)垮落急劇壓縮空區(qū)內(nèi)空氣形成沖擊氣浪，會(huì)直接危害井下作業(yè)人員和設(shè)備、設(shè)施。

（3）機(jī)械破壞。采空區(qū)巖石垮落造成機(jī)械沖擊，導(dǎo)致巖體裂隙發(fā)育以及底柱破壞。

2.2 采空區(qū)治理難度分析

由于空區(qū)分布較廣，老空區(qū)較多，治理難度相對(duì)增大，而公司規(guī)模不是很大，公司效益不高導(dǎo)致資金不寬裕，故采空區(qū)治理必然是一個(gè)長(zhǎng)期且艱難的過(guò)程。

3 采空區(qū)的治理技術(shù)研究

3.1 治理的目標(biāo)和任務(wù)

有效控制和管理地壓，防止災(zāi)害性地壓事故發(fā)生，為安全生產(chǎn)提供保障和有力條件。

3.2 治理方案比較分析

對(duì)于礦山井下采空區(qū)的治理，目前國(guó)內(nèi)外主要有崩落法、充填法、封閉法三種治理方案，下面就三種方案的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

（1）崩落圍巖法。崩落圍巖處理空區(qū)是通過(guò)爆破手段崩落空區(qū)周邊或頂部圍巖，利用爆落圍巖充填空區(qū)形成緩沖巖石墊層，防止圍巖大面積突然崩落產(chǎn)生氣浪對(duì)空區(qū)周邊的井下工程、構(gòu)筑物、機(jī)械設(shè)備和人員產(chǎn)生危害的一種空區(qū)處理方式。其優(yōu)點(diǎn)在于施工過(guò)程簡(jiǎn)單，空區(qū)處理速度快，往往一次或幾次大爆破就可以處理采空區(qū)。其缺點(diǎn)在于其適用條件比較苛刻。崩落圍巖法適用于空區(qū)上部(特別是地表)允許崩落，若地表不允許崩落則需要空區(qū)與地表之間有較深的保護(hù)厚度，保證崩落后不影響地表。

初姓是中國(guó)各類古籍中出現(xiàn)次數(shù)較少的姓氏，在初彭齡登上政治舞臺(tái)前，該宗族在歷朝正史中僅記載兩次，首次出現(xiàn)在北齊魏收《魏書》中，其次出現(xiàn)于元代托克托《宋史》里，其后直至乾隆三十六年（1771年）以前的官修史書，從未記載任何初姓族人。乾隆三十六年以后，《清實(shí)錄》《清史列傳》《清史稿》等著作中才陸續(xù)頻繁出現(xiàn)初姓，但無(wú)論頻率多高，這些相關(guān)材料始終只圍繞一個(gè)人，即本文研究對(duì)象初彭齡。

（2）充填法。充填處理空區(qū)可以減小并減緩圍巖或地表移動(dòng)的幅度，防止大面積地壓活動(dòng)，減弱地壓活動(dòng)對(duì)空區(qū)周邊巷道的影響，確保空區(qū)周邊生產(chǎn)作業(yè)的安全，同時(shí)它可以解決尾礦和采掘廢石的堆放問(wèn)題。按治理空區(qū)的充填料進(jìn)行分類，充填法又分廢石干式充填和尾砂膠結(jié)充填兩種，兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

廢石干式充填的優(yōu)點(diǎn)在于充填系統(tǒng)大部分利用原來(lái)的廢石運(yùn)輸系統(tǒng)，不需要增加設(shè)施設(shè)備，充填料為廢石不需要增加原料成本，所以總體充填成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)在于廢石塊度較大流動(dòng)性不強(qiáng)，難以將空區(qū)充滿，因此不能有效支護(hù)空區(qū)頂板。

尾砂膠結(jié)充填的優(yōu)缺點(diǎn)與廢石干式充填幾乎正好相反，其優(yōu)點(diǎn)在于充填體流動(dòng)性好，充填較致密，因此可以很好的接頂，對(duì)空區(qū)的頂部進(jìn)行有效控制；由于膠結(jié)體板塊性好，可以在膠結(jié)充填后回收空區(qū)周邊的殘余礦塊，減少井下礦石損失。缺點(diǎn)在于需要在井下（部分可設(shè)于地表）建立一整套設(shè)施設(shè)備，前期投入高；在充填中需要添加水泥等膠結(jié)料，充填過(guò)程中的成本也高。從適用條件上看，充填法幾乎可以適用與所有地下礦山空區(qū)的治理。

（3）封閉法。封閉法處理空區(qū)實(shí)質(zhì)上是將空區(qū)與周邊正在使用的巷道隔離開(kāi)，避免空區(qū)冒落對(duì)空區(qū)周邊的人員和機(jī)械設(shè)備帶來(lái)影響。其優(yōu)點(diǎn)在于施工簡(jiǎn)單，處理速度快，連通空區(qū)的巷道往往不多，只要把通往空區(qū)的巷道封堵住，避免人員設(shè)備靠近即可。其缺點(diǎn)在于空區(qū)沒(méi)有得到徹底解決，無(wú)法整治大規(guī)模連片的空區(qū)冒落。采用封閉法治理空是將礦石采出后立即封閉空區(qū)，任由空區(qū)存在或崩落，由于其施工簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外礦山將其應(yīng)用到規(guī)模較大的采空區(qū)中，它的使用范圍得到了進(jìn)一步的推廣。所以封閉法適用性上幾乎可以用于所有地下礦山的空區(qū)治理，它經(jīng)常跟廢石干式充填法等其他空區(qū)治理方法共同使用。

3.3 治理方案選擇

尾砂膠結(jié)充填法的投資成本和運(yùn)營(yíng)成本都很高，公司資金壓力大，經(jīng)濟(jì)條件不允許，所以它不適用于該礦山的空區(qū)治理。

崩落圍巖法要求空區(qū)上部(特別是地表)允許崩落，若地表不允許崩落則需要空區(qū)與地表之間有較深的保護(hù)厚度，保證崩落后不影響地表。該礦山地表不允許塌陷，空區(qū)與地表之間的保護(hù)層厚度也不允許進(jìn)一步崩落，顯然崩落圍巖法也不適合該礦山的空區(qū)治理。

目前井下-5 中段以上回采結(jié)束形成采空區(qū)，掘進(jìn)及回采作業(yè)基本都在-5 及以下中段，作業(yè)點(diǎn)和空區(qū)在上下方向總體分隔開(kāi)來(lái)。但在-5 中段和-55 中段為空區(qū)與作業(yè)面的接觸中段，按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》的規(guī)定，采場(chǎng)回采結(jié)束后應(yīng)及時(shí)密閉采空區(qū)，即是為了防止人員進(jìn)入采空區(qū)引起傷害，也是為了保持井下通風(fēng)的需要。井下掘進(jìn)作業(yè)可提供廢石，因此井下空區(qū)處理方法以封閉法為主，廢石干式充填法為輔。

3.4 治理方案細(xì)述

（1）封閉法治理采空區(qū)。在連通空區(qū)的各巷道內(nèi)構(gòu)筑一定厚度的封堵墻，避免采空區(qū)冒落產(chǎn)生的沖擊氣浪對(duì)空區(qū)周邊人員和設(shè)施設(shè)備造成傷害。分析頂板冒落時(shí)的沖擊波能量并參考其他礦山的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)封堵墻的厚度為1m，使用鋼筋混凝土進(jìn)行封堵。鋼筋主筋直徑為16mm～18mm 的螺紋鋼，布置間距0.2m；副筋直徑為6mm～8mm 的光圓鋼筋，配置間距0.4mm。封堵墻留有直徑0.2m～0.3m 的疏水孔和觀察孔。封堵剖面圖見(jiàn)圖1。

圖1 封堵剖面圖

實(shí)例說(shuō)明：-5 中段3468 采場(chǎng)空區(qū)，位于-5 中段6 線與8 線之間，標(biāo)高-5m 至35m 之間，空區(qū)長(zhǎng)度98m，平均寬1.1m，高35m，空區(qū)體積約3456m3，施工封堵墻封閉通往空區(qū)的巷道。封堵平面圖見(jiàn)圖2。

圖2 封堵平面圖

（2）廢石干式充填法治理空區(qū)。利用中段掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石作為充填料，倒入所需治理的采空區(qū)，充填下去的廢石形成緩沖層，達(dá)到一定高度后，滿足空區(qū)頂板冒落所產(chǎn)生沖擊能量的緩沖作用，確保采空區(qū)周邊工程的安全穩(wěn)定。

實(shí)例說(shuō)明：-5 中段3468 采場(chǎng)空區(qū)，由淺孔留礦法采礦形成的空區(qū)，位于-5 中段6 線與8 線之間，標(biāo)高-5m 至35m 之間，空區(qū)長(zhǎng)度98m，平均寬1.1m，高35m，空區(qū)體積約3456m3。采用封閉法封堵通往空區(qū)的巷道的同時(shí)，在35 中段利用采場(chǎng)先進(jìn)天井安裝格篩改造為充填井，將井下掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石運(yùn)至該處充填，對(duì)該空區(qū)進(jìn)行處理，進(jìn)一步處理采空區(qū)。廢石充填采空區(qū)平面圖見(jiàn)圖3。

圖3 廢石充填采空區(qū)平面圖

（1）井下空區(qū)形態(tài)狹長(zhǎng)，只進(jìn)行單邊充填的情況下充滿率不高，但由于空區(qū)寬度小，總體積不大，單邊充填亦可形成一定的緩沖墊層從而達(dá)到空區(qū)治理的目標(biāo)。為提高充填效率，可在采礦時(shí)將順路天井也打透上中段，這樣順利天井也可改造為充填天井，由單邊充填變?yōu)殡p邊充填，提高空區(qū)充滿率。

（2）廢石充填后，空區(qū)周圍的礦石將不能回采，所以廢石充填前要確定采場(chǎng)周圍礦石已經(jīng)采完出空，在安全的前提下回收部分礦柱，減少礦石損失。

（3）廢石干式充填法是封閉法的輔助方法，對(duì)于一些較大的采空區(qū)，在封閉法的前提下輔以廢石充填是確?？諈^(qū)安全的有力措施。

4 空區(qū)監(jiān)測(cè)

空區(qū)監(jiān)測(cè)是空區(qū)治理的必要手段。根據(jù)（《國(guó)家安全監(jiān)管總局關(guān)于印發(fā)非煤礦山領(lǐng)域遏制重特大事故工作方案的通知》安監(jiān)總管一〔2016〕60 號(hào)中“一·（四）·1”規(guī)定，全國(guó)范圍內(nèi)800m以上深井必須采用實(shí)時(shí)在線地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以防范巖爆等應(yīng)力災(zāi)害發(fā)生。

珊瑚鎢礦開(kāi)采深度雖不及800m，但由于巖石穩(wěn)固性不高及空區(qū)暴露范圍總面積較大等原因，出現(xiàn)了一些地壓活動(dòng)。公司于2019 年10 月委托北京礦冶科技集團(tuán)有限公司開(kāi)展珊瑚鎢礦開(kāi)采過(guò)程地壓活動(dòng)規(guī)律研究，在鎢礦建設(shè)一套地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)），可監(jiān)測(cè)到鎢礦主要采空區(qū)及開(kāi)采范圍內(nèi)的有效微震事件分布，分析礦區(qū)微震活動(dòng)性，描述礦井應(yīng)力場(chǎng)、能量場(chǎng)的遷移過(guò)程，掌握深部開(kāi)采地壓活動(dòng)規(guī)律，分析研究適合于本礦山的監(jiān)測(cè)預(yù)警敏感值，為礦山安全管理提供科學(xué)手段，預(yù)防安全事故的發(fā)生，為制定礦山地壓治理措施提供技術(shù)支撐，為解決礦山地壓?jiǎn)栴}提供數(shù)據(jù)參考，指導(dǎo)礦山安全避險(xiǎn)。為實(shí)現(xiàn)礦區(qū)安全生產(chǎn)提供先進(jìn)手段和技術(shù)支撐，并將顯著提高鎢礦的地壓控制水平，大幅降低后續(xù)深部開(kāi)采的安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 安全措施

采空區(qū)處理是一項(xiàng)相對(duì)危險(xiǎn)系數(shù)較高的工作，它可能面臨冒頂片幫、高處墜落、中毒窒息等事故風(fēng)險(xiǎn)，因此作業(yè)人員要特別注意安全，須注意以下幾點(diǎn)：①對(duì)施工地點(diǎn)進(jìn)行地壓監(jiān)測(cè)，根據(jù)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行有效預(yù)警和監(jiān)護(hù)。②掛設(shè)安全警示標(biāo)志，作業(yè)人員暫停不進(jìn)入時(shí)要進(jìn)行臨時(shí)封堵，以引起進(jìn)入人員的注意，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。③加強(qiáng)頂板分級(jí)管理，確保作業(yè)區(qū)域和附近的頂板安全。④封閉法作業(yè)中，使用后退法施工，確保作業(yè)區(qū)域氣體合格。⑤充填作業(yè)中，充填格篩必須安裝穩(wěn)固，網(wǎng)度小于0.3m*0.3m。⑥封堵墻應(yīng)設(shè)置泄水孔，避免水貯存空區(qū)內(nèi)形成隱患。

6 結(jié)論

根據(jù)鎢礦采空區(qū)存在的現(xiàn)狀，分析了三種不同治理方案的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，選擇封閉法為主，廢石干式充填法為輔，并用微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行的監(jiān)控空區(qū)治理方案，針對(duì)薄礦體采空區(qū)專項(xiàng)治理取得了較為良好的效果，為其他同類型礦山空區(qū)治理提供了借鑒與參考。